CITOĢENĒTIKA: VĒSTURE, TĀS IZPĒTE, PAŅĒMIENI, PIELIETOJUMI - BIOLOĢIJA - 2025

Citoģenētiskais ir pētījums par morfoloģiju, struktūra un funkcijas hromosomas, ieskaitot to izmaiņas somatisko šūnu dalīšanos, vai mitozes laikā, un reproduktīvo šūnu dalīšanos, vai meiosis laikā.

Citoloģijā tiek pētīti arī faktori, kas izraisa hromosomu izmaiņas, ieskaitot patoloģiskos, kas parādās no vienas paaudzes uz otru, un evolūcijas faktorus, kas darbojas daudzās paaudzēs.

Avots: pixabay.com

Vēsture

Atcerētie gadi un notikumi citoģenētikas vēsturē ir šādi:

- 1842. gadā Kārlis Vilhelms fon Nägeli novēroja “pārejošas cilmes šūnas”, vēlāk sauktas par hromosomām.

- 1875. gadā Eduards Strasburgers identificēja hromosomas augos. 1979. gadā Walther Flemming to izdarīja dzīvniekiem. Flemmingā tika izveidoti termini hromatīns, propāze, metafāze, anafāze un telofāze.

- 1888. gadā W. Waldeyer radīja terminu hromosoma.

- 1893. gadā Oskars Hertvigs publicēja pirmo tekstu par citoģenētiku.

- 1902. gadā Teodors Boveri un Valters Sūtons atklāja homoloģiskas hromosomas.

- 1905. gadā Netija Stīvensa identificēja Y hromosomu.

- 1937. gadā Alberts Bleikss un AG Ārijs pārtrauca metafāzi ar kolhicīnu, ievērojami atvieglojot hromosomu novērošanu.

- 1968. gadā Torbjörn Caspersson et al. Aprakstīja Q joslas. 1971. gadā Bernard Dutrillaux un Jerome Lejeune aprakstīja R joslas.

- 1971. gadā C joslas tika apspriestas konferencē par cilvēka hromosomu nomenklatūru.

- 1975. gadā C. Goodpasture un SE Bloom aprakstīja Ag-NOR krāsošanu.

- 1979. gadā Jorge Junis aprakstīja G joslu augstas izšķirtspējas metodes.

- 1986. – 1988. Gadā Daniels Pinkels un Džo Grejs izstrādāja FISH (fluorescējošas in situ hibridizācijas) metodi.

- 1989. gadā Hermana - Jozefa Lüdeckes hromosomas tika sadalītas mikrodisplātās.

- 1996. gadā Evelīna Šrēka un Tomass Rīds aprakstīja daudzhromatisko spektrālo kariotipisko tipizēšanu.

Atklājumi cilvēkiem

1914. gadā Teodors Boveri ierosināja, ka vēzis varētu būt saistīts ar hromosomu izmaiņām. 1958. gadā Čārlzs E. Fords novēroja hromosomu anomālijas leikēmijas laikā.

1922. gadā Theophilus Painter publicēja, ka cilvēkiem ir 48 hromosomas. Jo Hin Tjio un Alberts Levans paņēma līdz 1956. gadam, lai noteiktu, ka viņiem faktiski ir 46 hromosomas.

1932. gadā PJ Vaardenburgs, to nepierādot, ierosināja, ka Dauna sindroms varētu būt hromosomu aberācijas rezultāts. 1959. gadā Džeroms Lejeune pierādīja papildu somatiskās hromosomas klātbūtni pacientiem ar Dauna sindromu.

Arī 1959. gadā Čārlzs E. Fords ziņoja, ka sievietēm ar Tērnera sindromu trūkst vienas no divām X hromosomām, savukārt Patrīcija Džeikobsa un Džons Strongs atklāja papildu X hromosomas klātbūtni vīriešiem ar Klinefeltera sindromu.

1960. gadā JA Böök un Berta Santesson aprakstīja triploidiju, Klauss Patau aprakstīja 13. trisomiju, bet Džons Edvards aprakstīja 18. trisomiju.

1969. gadā Herberts Lubs pirmo reizi atklāja Fragile X sindromu. Tajā pašā gadā amniocentēzi sāka izmantot citoģenētiskai diagnostikai.

Mācību nozare

Citoģenētiķi pēta dzīvo lietu hromosomu evolūciju, izmantojot kariotipus, lai veiktu filoģenētisko analīzi un risinātu taksonomijas problēmas.

Turklāt viņi pēta cilvēku hromosomu aberāciju epidemioloģiskos aspektus un vides faktorus, kas tos rada, diagnosticē un ārstē pacientus, kurus skārušas hromosomu anomālijas, un izstrādā molekulāro pieeju, lai atšifrētu hromosomu struktūru, funkcijas un attīstību.

Hromosomu morfoloģija

Katru hromosomu veido divas hromatīdas, kuras kopā sašaurina, ko sauc par centromēru. Hromosomu sekcijas, kas sākas no centromēra, sauc par ieročiem.

Hromosomas sauc par metacentriskām, ja to vidū ir centromērs; submetacentriski, ja viņiem tas atrodas nedaudz prom no vidus, lai pretējās puses nebūtu vienāda garuma; akrocentrisks, ja centromērs atrodas tuvu vienai no galējībām; un telocentrisks, ja centromērs atrodas tikai vienā hromosomas galā.

Metodes: paraugu apstrāde

Paraugu apstrādei jāveic šādas darbības.

Parauga iegūšana

Nepieciešamo audu iegūšana, glabāšana barotnē un piemērotos flakonos.

Kultūra

Izņemot paraugus FISH analīzei, pirms ražas novākšanas ir nepieciešams kultivēšanas periods no vienas dienas līdz vairākām nedēļām.

Novāktas

Tā ir šūnu iegūšana metafāzē.

Mitozes apturēšana

Standarta citoģenētiskā analīze prasa mitozes apturēšanu, lai šūnas paliktu metafāzēs, izmantojot kolhicīnu vai Colcemid®.

Hipotoniska ārstēšana

Tas palielina šūnu daudzumu, kas ļauj paplašināt hromosomas.

Fiksācija

Metanola un etiķskābes attiecība 3: 1 tiek izmantota ūdens noņemšanai no šūnām, membrānu sacietēšanai un hromatīna krāsošanai.

Loksņu sagatavošana

Fiksētās šūnas tiek izklātas uz mikroskopa priekšmetstikliņiem, pēc tam tās tiek žāvētas.

Hromosomu krāsošana

Ir vairākas krāsošanas metodes, kā atpazīt hromosomu atšķirības. Visizplatītākais ir G.

Mikroskopiskā analīze

Ļauj izvēlēties piemērotas šūnas hromosomu novērošanai un fotografēšanai.

Kariogrammu sagatavošana

Balstoties uz metafāzes šūnu fotogrāfijām, vēlākai izpētei tiek izveidoti reprezentatīvas šūnas hromosomu kopas attēli.

Hromosomu joslas

Ir četru veidu hromosomu joslas: heterohromatiskās joslas; eihromatiskās joslas, nukleolu organizējošie reģioni (NOR); kinetochores.

Heterohromatiskās joslas parādās kā diskrēti bloki. Tie atbilst heterochromatīnam, kas satur ļoti atkārtojošas DNS sekvences, kuras attēlo parastos gēnus un nav kondensētas saskarnē.

Eihromatiskās joslas sastāv no virknes mainīgu segmentu, kurus ietekmē vai neietekmē krāsošana. Šīs joslas atšķiras pēc lieluma, veidojot atšķirīgus modeļus, kas raksturīgi katram sugas hromosomu pārim, kas padara tos ļoti noderīgus, lai identificētu hromosomu translokācijas un pārkārtojumus.

NOR ir tie hromosomu segmenti, kas satur simtiem vai tūkstošiem ribosomu RNS gēnu. Parasti tos vizualizē kā sašaurinājumus.

Kinetohoori ir mikrotubulu vārpstas saistīšanas vietas ar hromosomām.

Hromosomu joslu krāsošana

Hromosomu josla sastāv no krāsošanas metodēm, kas atklāj gareniskās diferenciācijas modeļus (gaišos un tumšos reģionus), ko citādi nevarētu redzēt. Šie paraugi ļauj salīdzināt dažādas sugas un pētīt evolūcijas un patoloģiskās izmaiņas hromosomu līmenī.

Hromosomu joslu sadalīšanas metodes tiek sadalītas metodēs, kurās izmanto absorbcijas krāsošanu, parasti Giemsa pigmentus, un metodēs, kurās izmanto fluorescenci. Absorbcijas krāsošanas metodēm nepieciešama iepriekšēja fizikāli ķīmiska apstrāde, kā aprakstīts sadaļā "Paraugu apstrāde".

Daži apšuvuma veidi ļauj pierādīt hromosomu ierobežoto reģionu modeļus, kas saistīti ar funkcionālām īpašībām. Citi ļauj vizualizēt atšķirības starp homologām hromosomām, kas ļauj identificēt segmentus.

C joslas

C josla krāso lielāko daļu heterohromatisko joslu, padarot to par universālu paņēmienu heterohromatīna klātbūtnes parādīšanai hromosomās. Citas metodes krāso tikai daļu no kopējā heterochromatīna, padarot tās noderīgākas par C-joslām, lai atšķirtu heterohromatīna veidus.

Q joslas

Q josla ir vecākā krāsošanas tehnika. Tā nosaukums ir parādā hinakrīna lietošanai. Tas ir efektīvs neatkarīgi no hromosomu sagatavošanas metodes. Tā ir alternatīva metode G joslām. To reti izmanto, taču tās uzticamība padara to noderīgu, ja materiāla ir maz vai grūti samērojams.

G joslas

Mūsdienās visvairāk tiek izmantota G josla, kuras pamatā ir Giemsa un tripsīna lietošana. Tas ļauj noteikt pārvietojumus, apgriezienus, svītrojumus un dublējumus. Tā ir visbiežāk izmantotā metode mugurkaulnieku kariotipu raksturošanai, parādot atšķirības starp hromosomām, kuras nevar atšķirt, pamatojoties tikai uz to morfoloģiju.

R joslas

R josla rada apgrieztu krāsojuma modeli attiecībā pret G joslu (gaišās R joslas ir vienādas ar tumšām G joslām un otrādi). R josla ir īpaši noderīga, lai izceltu hromosomu galus, kuri ir nedaudz iekrāsoti, kad tiek izmantota G josla.

T joslas

T-josla ir R-joslas variants, kurā lielākajai daļai hromosomu intersticiālo joslu nav iekrāsojuma, tāpēc hromosomu terminālie reģioni tiek intensīvi iekrāsoti.

Ag-NOR joslas

Ag-NOR joslas tiek izmantotas NOR atrašanai ar sudraba krāsošanu. Ag-NOR joslā neaktīvos NOR gēnus nedrīkst iekrāsot. Tādēļ šo joslu izmanto, lai pētītu ribosomu gēnu aktivitātes izmaiņas gametoģenēzes un embrionālās attīstības laikā.

Fluorescējoša in situ hibridizācija (FISH)

FISH josla ļauj vizualizēt hromosomas, izmantojot fluorescējoši iezīmētas zondes. FISH tehnoloģija ļauj kariotipiski analizēt šūnas, kuras nesadalās.

FISH josla ļauj noteikt specifiskas DNS sekvences hromosomās, šūnās un audos. Tāpēc to var izmantot, lai noteiktu hromosomu anomālijas, kas ietver mazus DNS segmentus.

FISH josla pavēra ceļu divām sarežģītākām saistītām metodēm, kas pazīstamas kā spektrālā kariotipēšana (SKY) un daudzkrāsu FISH (M-FISH).

SKY un M-FISH tiek izmantotas fluorescējošas krāsvielas, kas kopā rada krāsu kombinācijas, pa vienai katrai hromosomai. Šīs metodes ir bijušas ļoti noderīgas, lai noteiktu sarežģītas hromosomu aberācijas, piemēram, tās, kas novērotas noteiktos audzējos un akūtā limfoblastiskā leikēmijā.

Medicīnas lietojumi

- vēža citoģenētika. Audzējos bieži sastopamas hromosomu aberācijas un aneuploidija. Hromosomu translokācijām var būt kancerogēna ietekme, ražojot saplūšanas olbaltumvielas. Citogenetics tiek izmantots, lai uzraudzītu vēža ārstēšanas progresu.

- Trauslas vietas un hromosomu lūzums. Trauslās hromosomu vietas var izraisīt tādas patoloģijas kā Fragile X sindroms. Citotoksisku līdzekļu iedarbība var izraisīt hromosomu lūzumu. Atsevišķu autosomālu mutāciju nesējiem trūkst iespēju labot hromosomu lūzuma laikā bojāto DNS.

- Hromosomu skaitliskās anomālijas. Hromosomu skaits var diagnosticēt trisomijas, piemēram, tādu, kas izraisa Dauna, Edvarda un Patau sindromu. Tas arī ļauj diagnosticēt Tērnera un Klinefeltera sindromus.

- Hroniskas mielogēnas leikēmijas gadījumā baltajām asins šūnām ir “Filadelfijas hromosoma”. Šī patoloģiskā hromosoma ir 9. un 22. hromosomu translokācijas rezultāts.

Atsauces

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Dzimuma hromosomu evolūcija: vēsturiskās atziņas un nākotnes perspektīvas. Karaliskās biedrības raksti B, 284, 20162806.
2. Kregans, ERC 2008. Viss par mitozi un meiozi. Skolotāju izveidoto materiālu izdevējdarbība Hantingtonas pludmalē, Kalifornijā.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, red. 2013. Klīniskās citoģenētikas principi. Springers, Ņujorka.
4. Gosden, JR, ed. 1994. Metodes molekulārajā bioloģijā, 29. sēj. Hromosomu analīzes protokoli. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hjūss, JF, Lapa, DC 2015.Zīdītāju Y hromosomu bioloģija un evolūcija. Ikgadējais ģenētikas pārskats, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Citogenetics: pagātne, tagadne un nākotne. Malaizijas medicīnas zinātņu žurnāls, 16., 4. – 9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Citogenetics: pārskats. In: AGT Citogenetics laboratorijas rokasgrāmata, ceturtais izdevums. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, red. Vilejs, Ņujorka.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Hromosomu evolūcija senču mugurkaulnieku genoma sākumā. Genoma bioloģija, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Hromosomu evolūcija. Pašreizējais atzinums augu bioloģijā, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Citoģenētika - augi, dzīvnieki, cilvēki. Springer-Verlag, Ņujorka.